氣舉反循環(huán)清孔工藝在超長鉆孔灌注樁施工中的應(yīng)用

吳波

（寧波通途投資開發(fā)有限公司，浙江 寧波 315000）

氣舉反循環(huán)清孔工藝在超長鉆孔灌注樁施工中的應(yīng)用

吳波

（寧波通途投資開發(fā)有限公司，浙江 寧波 315000）

大直徑超長鉆孔灌注樁在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用越來越多。鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量直接關(guān)系到樁基承載力和沉降量能否滿足設(shè)計(jì)要求，是橋梁施工成敗的關(guān)鍵所在，而在大直徑超長鉆孔灌注樁施工中，孔底沉渣的清理是控制成樁質(zhì)量的關(guān)鍵。介紹氣舉反循環(huán)工藝的原理及運(yùn)用，并就運(yùn)用效果與正循環(huán)、泵吸反循環(huán)進(jìn)行了比較，其清孔效果遠(yuǎn)好于常規(guī)清孔工藝。

氣舉反循環(huán)；超深；鉆孔灌注樁；二次清孔；沉渣

0 引言

隨著城市交通的發(fā)展，大直徑超長鉆孔灌注樁得到越來越廣泛的運(yùn)用，其成孔多采用大扭矩反循環(huán)回旋鉆機(jī)[1]，鉆進(jìn)過程中采用泥漿護(hù)壁，防止塌孔?？變?nèi)泥漿通過泥漿泵吸入鉆桿，同時(shí)將孔底鉆渣攜裹向上排出。鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，進(jìn)行第一次清孔、吊放鋼筋籠、下放導(dǎo)管等一系列工序，之后在澆筑混凝土前進(jìn)行二次清孔。本文主要探討氣舉反循環(huán)二次清孔工藝在控制孔底沉渣厚度中的運(yùn)用效果，并與正循環(huán)清孔及泵吸反循環(huán)清孔在清孔效率及清孔效果方面進(jìn)行了對比。

1 工程概況

中興大橋及接線(江南路—青云路)工程主橋采用一跨過江方案，主橋全長700 m，其中主跨長400 m。主橋設(shè)主墩、輔助墩及邊墩各2座，其中主墩采用直徑2.0 m的鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)，基樁數(shù)量為30根，樁長88～92 m，持力層為11層含黏性土碎石層。主橋樁基礎(chǔ)為大直徑超長鉆孔灌注樁，其施工質(zhì)量的好壞是全橋施工成敗的關(guān)鍵之一。該工程設(shè)計(jì)要求孔底沉渣厚度不得大于5 cm，因而除常規(guī)施工質(zhì)量控制外，應(yīng)著重控制孔底沉渣的厚度。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合施工過程中的實(shí)際測量，正循環(huán)及泵吸反循環(huán)二次清孔效果無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故該工程采用氣舉反循環(huán)工藝進(jìn)行二次清孔。

2 工藝原理

2.1 樁底沉渣對鉆孔灌注樁承載力的影響

孔底沉渣的厚度是影響鉆孔灌注樁承載力的因素之一，樁底沉渣過厚導(dǎo)致單樁極限承載力降低了11%～25%。樁底沉渣的存在不但影響樁端承載力的發(fā)揮，對樁身軸向力、樁側(cè)摩阻力也有較大的影響[2]。當(dāng)樁底沉渣厚度較大時(shí)，其承載性能差，當(dāng)樁端沉渣受到一定荷載后，樁端位移量急劇增大，樁土相對位移也急劇增大，造成樁、土之間相對滑動，嚴(yán)重影響樁的承載力。樁底沉渣厚度大小不僅影響樁端阻力發(fā)揮，而且會影響樁側(cè)阻力發(fā)揮，尤其對距樁端20 m以下范圍樁側(cè)阻力發(fā)揮影響更大。沉渣越厚，樁側(cè)阻力發(fā)揮值越小，嚴(yán)重時(shí)側(cè)阻力僅為經(jīng)驗(yàn)值的一半[3]。因此，樁底清渣工藝選用正確與否直接影響到樁底沉渣厚度大小，進(jìn)而影響樁的承載力。

2.2 氣舉反循環(huán)工藝原理

利用空壓機(jī)壓縮空氣，通過安裝在導(dǎo)管內(nèi)的風(fēng)管將壓縮空氣送至孔內(nèi)。當(dāng)壓縮空氣從風(fēng)管底部混合器噴出時(shí)瞬間膨脹，與泥漿混合后形成由空氣、液體（泥漿）與固體（浮渣）混合的三相混合物。因混合物的密度小于導(dǎo)管內(nèi)泥漿的密度，會在導(dǎo)管內(nèi)上升，進(jìn)而形成負(fù)壓區(qū)，下面的泥漿在負(fù)壓的作用下攜裹著沉渣沿著導(dǎo)管上升。通過導(dǎo)管與孔壁之間的空隙及時(shí)向孔底補(bǔ)充新鮮泥漿，形成具有一定流速及流量的反循環(huán)系統(tǒng)，將孔底沉渣排出。圖1為氣舉反循環(huán)原理示意圖。

圖1 氣舉反循環(huán)原理示意圖

3 操作要點(diǎn)及運(yùn)用效果

3.1 操作要點(diǎn)

（1）導(dǎo)管先下放至孔底，再向上提升30～40 cm，風(fēng)管下放深度為孔深的0.55～0.65。該工程主墩基樁施工時(shí)下放深度為60 m左右。風(fēng)管采用直徑30 mm的水管，在底部1 m范圍內(nèi)打設(shè)6排8 mm的孔，每排4個(gè)。

（2）該工程選用KB-100AZ型空壓機(jī)，風(fēng)量為11.6 m3/min，排氣壓力1.0 MPa。根據(jù)式（1）計(jì)算清孔時(shí)所需風(fēng)壓為0.77～0.82 MPa，與實(shí)際所用壓力基本一致。

式中：γs為泥漿比重（kN/m3），取12 kN/m3；h0為風(fēng)管插入深度（m），取60 m；ΔP為供氣管道壓力損失，取0.05～0.1 MPa。

（3）由于氣舉反循環(huán)流速較快，為保證孔壁穩(wěn)定，需及時(shí)補(bǔ)充新鮮泥漿，保持孔內(nèi)水頭高度，防止造成塌孔。

（4）隨著孔底沉渣的不斷排出，沉渣厚度變小，導(dǎo)管應(yīng)同步向下跟進(jìn)，保持導(dǎo)管底部與沉渣面的距離。

3.2 運(yùn)用效果

為進(jìn)一步驗(yàn)證氣舉反循環(huán)的清孔效果，該工程施工期間分別運(yùn)用了正循環(huán)、泵吸反循環(huán)以及氣舉反循環(huán)三種清孔工藝。三種清孔工藝的運(yùn)用效果對比見表1。

表1 三種清孔工藝運(yùn)用效果對比

由于采用正循環(huán)和泵吸反循環(huán)清孔均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，在更換設(shè)備后繼續(xù)采用氣舉反循環(huán)工藝清孔，最終均符合設(shè)計(jì)要求，其中在原來采用泵吸反循環(huán)清孔的孔位內(nèi)清出的基本為粒徑5～10 cm的碎石。

4 結(jié) 語

經(jīng)工程實(shí)踐證明，氣舉反循環(huán)清孔工藝相較于正循環(huán)及泵吸反循環(huán)工藝，在清孔速度和清孔效果上有著明顯的優(yōu)勢。尤其是在大直徑超長鉆孔灌注樁施工中，正循環(huán)和泵吸反循環(huán)清孔效果很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求的沉渣厚度，氣舉反循環(huán)清孔工藝可以有效保證樁基質(zhì)量并縮短工期。

[1]JTG/T F50-2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]吳立春,王偉.樁底沉渣對鉆孔灌注樁承載力影響的試驗(yàn)研究[J].工程勘察，2009，增刊(2):351-355.

[3]董金榮.樁底沉渣對樁側(cè)摩阻力影響及樁承載力的估算 [J].工業(yè)建筑，2009，32(4):93-97.

U445.55+1

B

1009-7716（2016）12-0124-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.036

2016-10-16

吳波（1981-），男，浙江奉化人，高級工程師，，從事市政工程管理工作。